رسم توضيحي لعرض تتابع اتصالات الليزر التابع لوكالة ناسا والذي يتواصل مع محطة الفضاء الدولية عبر روابط الليزر. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
ناساسيستخدم العرض التوضيحي لترحيل الاتصال بالليزر (LCRD) أنظمة الاتصال بالليزر لنقل البيانات من الفضاء إلى الأرض. فيما يلي ستة أشياء تحتاج إلى معرفتها حول مهمة LCRD الرائدة لناسا.
1. ستغير الاتصالات بالليزر الطريقة التي تحصل بها وكالة ناسا على المعلومات من وإلى الفضاء.
منذ فجر استكشاف الفضاء ، استخدمت وكالة ناسا أنظمة التردد اللاسلكي للتواصل مع رواد الفضاء والمركبات الفضائية. ومع ذلك ، مع قيام البعثات الفضائية بتوليد وجمع المزيد من البيانات ، تزداد الحاجة إلى تحسين قدرات الاتصال. LCRD يستغل قوة اتصالات الليزر، التي تستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء بدلاً من موجات الراديو ، لتشفير المعلومات ونقلها من وإلى الأرض.
موجات الراديو وموجات ضوء الليزر تحت الحمراء هي أشكال من الإشعاع الكهرومغناطيسي بأطوال موجية في نقاط مختلفة في الطيف. تقوم البعثات بترميز بياناتها العلمية حول الإشارات الكهرومغناطيسية لإرسالها إلى الأرض.
يختلف ضوء الأشعة تحت الحمراء المستخدم في اتصالات الليزر عن موجات الراديو في أنه يحدث بتردد أعلى بكثير ، مما يسمح للمهندسين بتعبئة المزيد من البيانات في كل إرسال. توفر المزيد من البيانات مزيدًا من المعلومات والاكتشافات حول الفضاء في وقت واحد.
باستخدام أشعة الليزر تحت الحمراء ، سيرسل LCRD البيانات إلى الأرض من مدار متزامن مع الأرض بسرعة 1.2 جيجابت في الثانية (جيجابت في الثانية). بهذه السرعة والمسافة ، يمكنك تنزيل فيلم في أقل من دقيقة.
https://www.youtube.com/watch؟v=mubhnRO-JeE
ستطير LCRD كحمولة مستضافة على متن مركبة فضائية تابعة لوزارة الدفاع كجزء من مهمة برنامج اختبار الفضاء (STP-3). ستواصل LCRD استكشاف ناسا لاتصالات الليزر لدعم البعثات المستقبلية إلى القمر وما بعده. الائتمان: ناسا مركز جودارد لرحلات الفضاء
2. سوف تسمح الاتصالات الليزرية للمركبة الفضائية بإرسال المزيد من البيانات إلى الوطن في وصلة هابطة واحدة.
إذا كنت على قيد الحياة في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات ، فسوف تتذكر سرعات الاتصال الهاتفي للإنترنت الأرضي – بطيئة ومؤلمة. تشبه إضافة اتصالات الليزر إلى المركبات الفضائية استخدام البشرية للإنترنت عالي السرعة بتقنيات مثل شبكات الألياف الضوئية: ثورة.
موجات الراديو ضد الموجات الضوئية. الائتمان: ناسا
تتيح اتصالات الإنترنت المنزلية لدينا الآن وصول مقاطع الفيديو والبث والمحتوى عالي الدقة إلى شاشاتنا على الفور تقريبًا. ويرجع ذلك جزئيًا إلى اتصالات الألياف الضوئية التي ترسل ضوء ليزر محملاً بكثافة مع البيانات عبر الكابلات البلاستيكية أو الزجاجية ، مما يخلق تجربة مستخدم أسرع.
يتم تطبيق نفس المفهوم – باستثناء كابلات الألياف الضوئية – على اتصالات الليزر الفضائية ، مما يسمح للمركبة الفضائية بإرسال صور عالية الدقة ومقاطع فيديو عبر روابط الليزر.
مع وجود اتصالات الليزر ، يمكن للمركبة الفضائية إرسال المزيد من البيانات في وقت واحد مع تنزيل واحد. تستفيد وكالة ناسا وصناعة الطيران من هذه التطورات الجديدة وخلق المزيد من المهام باستخدام الليزر لاستكمال أقمار الترددات الراديوية.
3. تحتوي الحمولة على وحدتين بصريتين أو تلسكوبات ، لتلقي وإرسال إشارات الليزر.
LCRD هو قمر صناعي مرحل به العديد من المكونات الحساسة للغاية التي تسمح بزيادة الاتصالات. كمرحل ، يلغي LCRD الحاجة إلى أن يكون لمهام المستخدم خط رؤية للهوائيات الأرضية. يحتوي LCRD على محطتين بصريتين – أحدهما يستقبل البيانات من مركبة فضائية للمستخدم ، بينما يرسل الآخر البيانات إلى المحطات الأرضية على الأرض.
حمولة LCRD في الغرفة النظيفة بمركز جودارد لرحلات الفضاء. الائتمان: ناسا / ديف رايان
تقوم مودمات LCRD بترجمة البيانات الرقمية إلى إشارات ليزر ، والتي يتم إرسالها بعد ذلك عبر حزم ضوئية مشفرة ، غير مرئية للعين البشرية ، عن طريق الوحدات الضوئية للمرحل. يمكن لـ LCRD إرسال واستقبال البيانات ، وإنشاء مسار مستمر لتدفق بيانات المهمة من وإلى الفضاء. معًا ، تجعل هذه الإمكانات من NASA LCRD أول مرحل ضوئي ثنائي الاتجاه من طرف إلى طرف.
هذه ليست سوى عدد قليل من المكونات التي تشكل حمولة LCRD ، والتي تمثل معًا حجم مرتبة كبيرة.
4. يعتمد LCRD على محطتين أرضيتين في كاليفورنيا وهاواي.
بمجرد أن يتلقى LCRD المعلومات والرموز الخاصة به ، ترسل الحمولة البيانات إلى المحطات الأرضية على الأرض والتي تم تجهيز كل منها بالتلسكوبات لاستقبال الضوء وأجهزة المودم لترجمة الضوء المشفر إلى بيانات رقمية.
LCRD المحطات الأرضية تُعرف باسم المحطات الأرضية الضوئية (OGS) -1 و -2 ، وتقع في جبل تيبل في جنوب كاليفورنيا، و على بركان هاليكالا في ماوي ، هاواي.
بينما يمكن أن توفر اتصالات الليزر معدلات نقل بيانات متزايدة ، يمكن أن تتداخل الاضطرابات الجوية – مثل السحب والاضطرابات – مع إشارات الليزر أثناء مرورها عبر الغلاف الجوي للأرض.
تم اختيار مواقع OGS-1 و OSG-2 لظروفها الجوية الصافية ومواقعها البعيدة والارتفاعات العالية. تحدث معظم الظروف الجوية التي تحدث في هذه المناطق أسفل قمم الجبال ، مما يترك سماء صافية نسبيًا مثالية للاتصالات بالليزر.
5. يمكّن LCRD الحكومة والجامعات وشركاء الأعمال من اختبار قدرات الليزر من مدار متزامن مع الأرض.
سيثبت LCRD جدوى أنظمة الاتصال بالليزر من مدار متزامن مع الأرض ، على بعد حوالي 22000 ميل فوق سطح الأرض.
قبل دعم البعثات الأخرى ، سيقضي LCRD عامين في إجراء الاختبارات و خبرة. خلال هذا الوقت ، سيعمل OGS-1 و OGS-2 كـ “مهام” ، حيث يرسلان البيانات من إحدى المحطات إلى LCRD ثم إلى الأخرى.
LCRD ينقل البيانات من المحطة الفضائية إلى الأرض. الائتمان: ناسا / ديف رايان
سيختبر LCRD وظائف الليزر بتجارب من وكالة ناسا والوكالات الحكومية الأخرى والجامعات والشركات التجارية. تتضمن بعض هذه التجارب دراسة الاضطرابات الجوية على إشارات الليزر وإثبات عمليات خدمة الترحيل الموثوقة.
ستسمح هذه الاختبارات لمجتمع الفضاء بالتعلم من LCRD وزيادة تحسين التكنولوجيا من أجل التنفيذ المستقبلي. توفر وكالة ناسا هذه الفرص لتطوير مجموعة المعارف المحيطة باتصالات الليزر وتعزيز استخدامها التشغيلي.
بعد مرحلته التجريبية ، سيدعم LCRD المهام في الفضاء ، بما في ذلك محطة بصرية يتم تثبيتها على محطة الفضاء الدولية. ستجمع هذه المحطة البيانات من التجارب العلمية على متنها ، ثم ترسل المعلومات إلى LCRD ليتم نقلها إلى الأرض.
6. LCRD هي واحدة من العديد من مهام الليزر المثيرة والقادمة.
يعد LCRD هو أول نظام ترحيل اتصالات بالليزر تابع لناسا. ومع ذلك ، هناك بعثات كثيرة قيد التطوير والذي سيوضح ويختبر قدرات اتصال الليزر الإضافية.
مهام اتصالات الليزر لوكالة ناسا. الائتمان: ناسا / ديف رايان
- ال نظام الاتصال البصري Orion Artemis II (O2O) ستتيح تغذية فيديو فائقة الوضوح على ضوء الأشعة تحت الحمراء بين الأرض ورواد فضاء Artemis II الذين يسافرون حول القمر.
- في عام 2026 ، أ روح ستصل المهمة إلى وجهتها – كويكب يبعد أكثر من 150 مليون كيلومتر عن الأرض. سوف تحمل نفسية الاتصال البصري في الفضاء السحيق (DSOC) لاختبار اتصالات الليزر ضد التحديات المميزة التي يقدمها استكشاف الفضاء السحيق.
ستساعد كل هذه المهام مجتمع الفضاء الجوي على توحيد اتصالات الليزر من أجل تنفيذها في البعثات المستقبلية. مع إضاءة الليزر للطريق ، يمكن لوكالة ناسا جمع معلومات أكثر من أي وقت مضى في الفضاء.
LCRD هي حمولة ناسا على متن برنامج اختبار الفضاء التابع لوزارة الدفاع عبر الأقمار الصناعية 6 (STPSat-6). سيتم إطلاق STPSat-6 ، الذي يعد جزءًا من مهمة برنامج اختبار الفضاء 3 (STP-3) ، على صاروخ United Launch Alliance Atlas V 551 من محطة كيب كانافيرال الفضائية في فلوريدا. يتم تشغيل STP بواسطة قيادة أنظمة الفضاء التابعة لقوة الفضاء الأمريكية.
يقود جودارد LCRD وبالشراكة مع مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا و مع مختبر لينكولن. يتم تمويل LCRD من قبل برنامج المهام الإيضاحية للتكنولوجيا التابع لناسا ، وهو جزء من مديرية بعثات تكنولوجيا الفضاء ، وبرنامج الاتصالات والملاحة الفضائية (SCaN) في مقر ناسا.
